千米深井三軟煤層智能開采關(guān)鍵技術(shù)與展望

王國(guó)法，龐義輝，任懷偉

(1.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學(xué)研究總院 開采研究分院，北京 100013)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)埋深2000m以淺的煤炭資源儲(chǔ)量約為5.9萬(wàn)億t，其中埋深大于1000m的煤炭資源儲(chǔ)量約占一半以上[1，2]。由于近年來(lái)淺部煤炭資源的大規(guī)模高強(qiáng)度開發(fā)，我國(guó)煤礦開采深度正以每年8～12m的速度增加，東部礦區(qū)開采深度正以每年20～25m的速度延伸[3，4]，開采深度最大的煤礦(孫村煤礦)已達(dá)到1501m。為保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的能源供給需要，煤炭深部開采勢(shì)在必行。

隨著煤炭開采深度的增加，深部煤礦工程災(zāi)害的種類與數(shù)量驟增。由于深部煤巖體處于“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境，導(dǎo)致深部煤炭開采過(guò)程中存在煤與瓦斯突出、巖爆、沖擊地壓、突水等重大危險(xiǎn)源[5-8]，深部開采面臨的巷道圍巖大變形與高地溫等也威脅著井下作業(yè)人員的安全和健康，因此，深部煤炭資源開采必須走智能化、少人化的發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人則安”。目前，澳大利亞通過(guò)研發(fā)基于高精度光纖陀螺儀和定位導(dǎo)航算法的LASC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)在三維空間位置的精確定位，并基于工作面采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的少人化開采[9-11]。美國(guó)通過(guò)研發(fā)智能開采服務(wù)中心，實(shí)現(xiàn)了綜采設(shè)備故障的自動(dòng)報(bào)警、防碰撞、高效截割等[12]。我國(guó)黃陵一號(hào)煤礦通過(guò)采用采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架、刮板輸送機(jī)智能調(diào)速等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在工作面巷道監(jiān)控中心和地面調(diào)度中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制采煤，大幅減少了綜采工作面作業(yè)人員的數(shù)量[13，14]。同煤集團(tuán)同忻煤礦采用基于振動(dòng)感知原理的煤矸識(shí)別裝置與自動(dòng)放煤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了特厚煤層大采高綜放工作面的自動(dòng)化開采[15，16]。神東集團(tuán)石圪臺(tái)煤礦采用視頻拼接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的全景展示，并借助液壓支架防碰撞、采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的自動(dòng)化、少人化開采[17]。轉(zhuǎn)龍灣煤礦采用基于慣性導(dǎo)航的工作面直線度檢測(cè)與控制技術(shù)、智能記憶截割控制技術(shù)、工作面視頻及遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了厚度為3～4m煤層的自動(dòng)化、少人化開采，單一工作面年產(chǎn)量達(dá)到千萬(wàn)噸水平[18]。

目前，我國(guó)已經(jīng)在煤層埋深較淺、賦存條件較優(yōu)越的礦井實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、少人化開采，但相關(guān)技術(shù)與裝備難以直接應(yīng)用于深部三軟煤層賦存條件。筆者基于淮南礦區(qū)口孜東煤礦千米深井三軟煤層賦存條件，分析了深部煤層實(shí)現(xiàn)智能化、少人化開采的主要制約因素，提出了賦存條件較復(fù)雜煤層實(shí)現(xiàn)智能化、少人化開采的主要技術(shù)路徑，探討了我國(guó)綜采工作面智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向。

1 深部三軟煤層智能化開采制約因素分析

歷經(jīng)改革開放四十年的快速發(fā)展，我國(guó)煤炭開采技術(shù)已經(jīng)從炮采、機(jī)械化開采、綜合機(jī)械化開采、自動(dòng)化開采向智能化開采變革，煤炭資源的安全、高效、綠色、智能開發(fā)取得了重要進(jìn)展，已經(jīng)在煤層賦存條件較簡(jiǎn)單的礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化、少人化開采，但相關(guān)技術(shù)與裝備難以直接應(yīng)用于深部復(fù)雜煤層賦存條件，主要存在以下制約因素：

1)受制于深部復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境，三軟煤層工作面極易發(fā)生煤壁片幫、頂板漏冒等現(xiàn)象[19，20]，綜采工作面圍巖控制難以實(shí)現(xiàn)智能化。由于深部三軟煤層圍巖應(yīng)力高、強(qiáng)度低、流變特征明顯，煤壁極易發(fā)生片幫，并誘發(fā)頂板冒漏，采煤機(jī)截割過(guò)程中需要對(duì)煤壁、頂板、液壓支架伸縮梁、護(hù)幫板等信息進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)感知，受制于井下光照環(huán)境差、圍巖與液壓支架傳感器缺乏、控制精度與時(shí)效性差等，導(dǎo)致現(xiàn)有傳感技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下圍巖環(huán)境進(jìn)行全面實(shí)時(shí)感知，且受制于煤壁片幫冒頂機(jī)理尚不明確，難以對(duì)煤壁片幫冒頂進(jìn)行有效預(yù)測(cè)與精準(zhǔn)控制。

2)煤層仰、俯角及傾斜角度變化導(dǎo)致液壓支架易扎底、刮板輸送機(jī)易發(fā)生上竄下滑等，工作面直線度控制困難，制約綜采工作面智能化、少人化推進(jìn)。深部三軟煤層底板松軟、遇水易泥化，當(dāng)存在一定的俯斜角度時(shí)，則液壓支架極易發(fā)生扎底，導(dǎo)致綜采工作面推進(jìn)困難；工作面傾斜角度變化導(dǎo)致刮板輸送機(jī)易發(fā)生上竄下滑，工作面直線度控制困難，管理難度大，嚴(yán)重制約智能化開采技術(shù)的應(yīng)用。目前，基于慣性導(dǎo)航的工作面直線度保持技術(shù)尚難以直接應(yīng)用于傾斜煤層條件，而且缺乏高效的刮板輸送機(jī)上竄下滑控制算法，導(dǎo)致傾斜三軟煤層難以實(shí)現(xiàn)智能化開采。

3)深部三軟煤層巷道變形量大，綜采工作面兩端頭及超前段支護(hù)困難，極大地限制了綜采裝備群的智能協(xié)調(diào)推進(jìn)。受制于深部圍巖復(fù)雜的高地應(yīng)力環(huán)境及流變特性，工作面巷道變形量大，需要頻繁的進(jìn)行巷道起底、擴(kuò)幫等，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，傳統(tǒng)的超前支護(hù)技術(shù)與裝備適應(yīng)性差，難以對(duì)巷道超前支護(hù)區(qū)域的變形進(jìn)行有效控制，綜采工作面超前支護(hù)段難以實(shí)現(xiàn)智能化支護(hù)與推進(jìn)。

另外，受制于井下作業(yè)空間光照差、粉塵大、溫度高、空間狹小等，圖像識(shí)別、視頻云臺(tái)等技術(shù)難以在井下有效應(yīng)用，且由于綜采裝備群精準(zhǔn)定位與智能導(dǎo)航、煤巖識(shí)別等技術(shù)均處于技術(shù)發(fā)展瓶頸期，導(dǎo)致深部三軟煤層綜采裝備群難以實(shí)現(xiàn)智能協(xié)調(diào)推進(jìn)，工作面人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差、安全風(fēng)險(xiǎn)高。

基于現(xiàn)有綜采工作面自動(dòng)化、智能化、少人化開采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，筆者及科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深部三軟煤層綜采工作面智能化開采關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提出了深部三軟煤層綜采工作面實(shí)現(xiàn)智能化、少人化開采的液壓支架與圍巖自適應(yīng)智能控制技術(shù)、采煤機(jī)精準(zhǔn)定位與智能調(diào)高技術(shù)、刮板輸送機(jī)智能調(diào)斜工藝與技術(shù)、智能高效超前支護(hù)技術(shù)、綜采裝備群智能協(xié)同控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)路徑與其發(fā)展方向。

2 液壓支架與圍巖自適應(yīng)智能控制技術(shù)

液壓支架是綜采工作面進(jìn)行圍巖控制及實(shí)現(xiàn)綜采裝備群智能協(xié)調(diào)推進(jìn)的核心設(shè)備，液壓支架對(duì)圍巖控制的可靠性、支護(hù)姿態(tài)的合理性、設(shè)備推移的準(zhǔn)確性及綜合控制的協(xié)調(diào)性直接決定綜采工作面的智能化控制效果。針對(duì)深部三軟煤層極易發(fā)生煤壁片幫、漏頂?shù)葐?wèn)題，筆者提出了液壓支架對(duì)圍巖的智能自適應(yīng)控制方法，如圖1所示。

圖1 液壓支架智能自適應(yīng)控制邏輯示意圖

采用三維CT探測(cè)與微震監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)工作面前方煤巖體的三向應(yīng)力狀態(tài)、斷裂結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反演，構(gòu)建煤壁與圍巖破斷的力學(xué)模型，得出工作面煤壁與圍巖失穩(wěn)判據(jù)；采用壓力傳感器、傾角傳感器等對(duì)液壓支架的支護(hù)姿態(tài)與受力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，構(gòu)建液壓支架動(dòng)態(tài)承載力學(xué)模型，得出液壓支架對(duì)圍巖的動(dòng)態(tài)承載力學(xué)特性；基于液壓支架與圍巖耦合作用原理及上述監(jiān)測(cè)結(jié)果，構(gòu)建深部三軟煤層液壓支架與圍壓耦合力學(xué)模型，得出液壓支架對(duì)圍巖的智能自適應(yīng)支護(hù)參數(shù)與控制策略；通過(guò)在液壓支架護(hù)幫板安裝聲波探測(cè)裝置，對(duì)煤壁片幫與頂煤冒漏現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)煤壁發(fā)生片幫時(shí)，則智能調(diào)整護(hù)幫板、伸縮梁的動(dòng)作速度、時(shí)間與位移。

基于上述監(jiān)測(cè)參數(shù)與理論模型，開發(fā)深部三軟煤層綜采工作面圍巖控制算法，搭建液壓支架與圍巖自適應(yīng)智能控制平臺(tái)，針對(duì)不同圍巖狀況進(jìn)行分類分析及實(shí)施控制策略。同時(shí)，筆者提出了綜采工作面負(fù)壓除塵策略，可有效降低工作面采煤機(jī)截割過(guò)程中產(chǎn)生的煤塵對(duì)視線與環(huán)境的影響，輔助采用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)采煤機(jī)截割過(guò)程中的煤壁片幫與頂板漏冒進(jìn)行識(shí)別，為液壓支架對(duì)圍巖的智能自適應(yīng)控制提供判斷依據(jù)?；谏鲜霰O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，將綜采工作面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)視頻圖像識(shí)別與三維可視化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。

3 采煤機(jī)精準(zhǔn)定位與智能調(diào)高技術(shù)

目前，綜采工作面采煤機(jī)定位主要采用兩種技術(shù)途徑：一種是通過(guò)紅外傳感器來(lái)感知采煤機(jī)與液壓支架的相對(duì)位置，從而確定采煤機(jī)在工作面的相對(duì)位置；另一種是通過(guò)采煤機(jī)行走輪與刮板輸送機(jī)銷排的嚙合關(guān)系，判斷采煤機(jī)在工作面的位置[21]。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院基于高精度慣性導(dǎo)航技術(shù)開發(fā)的LASC裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)采煤機(jī)三向姿態(tài)與位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，這一系統(tǒng)已在我國(guó)應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)慣性導(dǎo)航裝置正在試驗(yàn)中。

針對(duì)煤層厚度變化帶來(lái)的采煤機(jī)截割高度智能調(diào)整問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者持續(xù)致力于煤巖界面識(shí)別技術(shù)攻關(guān)，提出了基于放射性探測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、電磁監(jiān)測(cè)、紅外探測(cè)、圖像識(shí)別、電參量監(jiān)測(cè)等煤巖界面識(shí)別技術(shù)與裝備，但煤巖識(shí)別的技術(shù)瓶頸始終未能有效突破，國(guó)內(nèi)外尚未有井下高效、精準(zhǔn)煤巖識(shí)別技術(shù)的成功應(yīng)用案例。

針對(duì)采煤機(jī)精準(zhǔn)定位與智能調(diào)高問(wèn)題，筆者及團(tuán)隊(duì)提出了基于地質(zhì)信息模型和隨采隨探動(dòng)態(tài)修正的采煤機(jī)采高智能調(diào)控，如圖2所示。

圖2 采煤機(jī)智能截割技術(shù)策略示意圖

基于采區(qū)勘探鉆孔數(shù)據(jù)構(gòu)建礦井整體地質(zhì)信息預(yù)測(cè)模型，結(jié)合工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)煤層的實(shí)際揭露情況，對(duì)整體地質(zhì)信息預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，并在掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行煤巖體信息的精準(zhǔn)物探與鉆探，采用差值算法構(gòu)建工作面前方煤巖體分界曲面的三維精準(zhǔn)坐標(biāo)；基于高精度慣性導(dǎo)航等技術(shù)對(duì)采煤機(jī)的姿態(tài)及三維空間坐標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，將采煤機(jī)的空間位置坐標(biāo)與三維空間地質(zhì)信息預(yù)測(cè)模型的坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，根據(jù)修正模型的煤巖分界曲面三維空間坐標(biāo)信息，對(duì)采煤機(jī)的截割高度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的精準(zhǔn)定位與智能調(diào)高控制。

目前，受制于鉆探、物探等探測(cè)技術(shù)的精度、可靠性等因素，以及采煤機(jī)三維姿態(tài)與空間定位技術(shù)尚存在一定的累計(jì)誤差，在一定程度限制了采煤機(jī)精準(zhǔn)定位與智能調(diào)高技術(shù)在深井三軟煤層的應(yīng)用，后續(xù)仍需要在地質(zhì)探測(cè)及采煤機(jī)精準(zhǔn)定位與智能導(dǎo)航技術(shù)方向進(jìn)行突破。

4 刮板輸送機(jī)智能調(diào)斜工藝與技術(shù)

針對(duì)深部三軟煤層賦存條件，當(dāng)工作面存在俯仰角與傾斜角度時(shí)，刮板輸送機(jī)易出現(xiàn)飄溜、啃底與上竄下滑等問(wèn)題，如圖3所示，工程現(xiàn)場(chǎng)主要采用調(diào)整刮板輸送機(jī)推移順序、采煤機(jī)下滾筒臥底量等進(jìn)行刮板輸送機(jī)的控制與調(diào)整。

圖3 刮板輸送機(jī)飄溜及直線度控制圖

目前，綜采工作面刮板輸送機(jī)智能調(diào)斜尚處于起步階段，文獻(xiàn)[22]對(duì)刮板輸送機(jī)智能調(diào)斜技術(shù)進(jìn)行了探索，提出了刮板輸送機(jī)上竄下滑的自動(dòng)控制策略，但并沒有解決工作面存在俯仰角度時(shí)的調(diào)斜控制難題。筆者認(rèn)為綜采工作面刮板輸送機(jī)智能調(diào)斜主要以提前預(yù)防為主，通過(guò)對(duì)刮板輸送機(jī)三向姿態(tài)進(jìn)行智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)上竄、下滑的提前預(yù)防；當(dāng)出現(xiàn)極端情況導(dǎo)致刮板輸送機(jī)發(fā)生上竄、下滑時(shí)，則需要調(diào)整綜采設(shè)備群的推進(jìn)時(shí)序；針對(duì)刮板輸送機(jī)啃底、飄溜等問(wèn)題，目前主要缺乏刮板輸送機(jī)調(diào)控機(jī)構(gòu)，上述二者的控制邏輯均不難實(shí)現(xiàn)，但控制的精準(zhǔn)性與有效性則主要受監(jiān)測(cè)參數(shù)與控制機(jī)構(gòu)的限制。

5 智能高效超前支護(hù)技術(shù)

目前，綜采工作面超前支護(hù)主要采用兩種支護(hù)形式：一種為采用單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)，這種支護(hù)形式存在支護(hù)強(qiáng)度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、支護(hù)效率低等問(wèn)題；另外一種則采用超前液壓支架，目前已經(jīng)在西部條件優(yōu)越礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了超前液壓支架的遠(yuǎn)程遙控操作，提高了超前支護(hù)的自動(dòng)化水平，但傳統(tǒng)超前液壓支架存在對(duì)頂板反復(fù)支撐破壞、對(duì)巷道變形適應(yīng)性差等問(wèn)題，難以適用于深部大變形條件。

針對(duì)深部三軟煤層大變形巷道超前支護(hù)難題，筆者及團(tuán)隊(duì)曾提出了“主動(dòng)高效支護(hù)與非等強(qiáng)支護(hù)”的支護(hù)理念，通過(guò)創(chuàng)新研發(fā)具有雙列多節(jié)式結(jié)構(gòu)的巷道超前支護(hù)液壓支架，在兗礦集團(tuán)東灘煤礦實(shí)現(xiàn)了深部大變形巷道的有效支護(hù)，但巷道超前支護(hù)的自動(dòng)化控制尚處于起步階段。

針對(duì)淮南礦區(qū)千米深井綜采工作面超前支護(hù)難題，筆者及科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)了單元式超前液壓支架及吊裝機(jī)構(gòu)，如圖4所示，利用單元式超前支架實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道超前段的強(qiáng)力支護(hù)，利用單軌吊、吊裝機(jī)進(jìn)行單元式超前液壓支架的快速搬移。

圖4 單元式智能超前支護(hù)系統(tǒng)圖

針對(duì)深部三軟煤層巷道變形量大、巷道底板條件差等問(wèn)題，筆者及科研團(tuán)隊(duì)提出了單元式智能自適應(yīng)超前液壓支架支護(hù)方案，通過(guò)對(duì)超前液壓支架支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高超前液壓支架對(duì)巷道頂?shù)装遄冃蔚倪m應(yīng)性，并配套研發(fā)了超前液壓支架智能作業(yè)平臺(tái)，提高了超前液壓支架對(duì)未硬化巷道底板條件的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)千米深井綜采工作面超前支護(hù)區(qū)域的智能自適應(yīng)支護(hù)及支護(hù)設(shè)備的快速、自動(dòng)搬運(yùn)。

6 綜采裝備群智能協(xié)同控制技術(shù)

目前，綜采工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)在液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架、采煤機(jī)記憶截割、運(yùn)輸系統(tǒng)煤流平衡、遠(yuǎn)程遙控、一鍵啟停等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)取得突破，基本實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單地質(zhì)條件下單機(jī)設(shè)備的自動(dòng)化及綜采設(shè)備群的聯(lián)動(dòng)控制，但綜采裝備群之間的數(shù)據(jù)挖掘與融合共享、位姿關(guān)聯(lián)關(guān)系、智能協(xié)同控制等尚未取得實(shí)質(zhì)性突破。

針對(duì)深部復(fù)雜圍巖條件，筆者及團(tuán)隊(duì)分析了超長(zhǎng)工作面不同分區(qū)圍巖的破斷特征與失效機(jī)理，開發(fā)了基于支架與圍巖耦合關(guān)系的液壓支架智能自適應(yīng)控制算法，提高液壓支架對(duì)深部圍巖的適應(yīng)性。通過(guò)分析深部圍巖破斷的主要影響因素，初步提出了千米深井綜采工作面圍巖失穩(wěn)預(yù)警準(zhǔn)則，提高了綜采裝備群對(duì)深部圍巖的適應(yīng)性。

針對(duì)綜采裝備群協(xié)同控制與快速推進(jìn)難題，筆者及團(tuán)隊(duì)提出了綜采裝備群智能協(xié)同控制策略，如圖5所示。首先對(duì)綜采裝備群的時(shí)空坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一，通過(guò)建立綜采裝備群的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型得出各設(shè)備之間的位姿關(guān)聯(lián)關(guān)系；其次在單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜采設(shè)備群的精準(zhǔn)定位與智能導(dǎo)航，確定各設(shè)備間的空間位置關(guān)系；對(duì)綜采裝備群的海量監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行多源異構(gòu)融合分析與挖掘，實(shí)現(xiàn)綜采裝備群信息的實(shí)時(shí)共享與互聯(lián)互通；開發(fā)綜采裝備群協(xié)同控制算法及專家系統(tǒng)，構(gòu)建工作面不同區(qū)域、不同圍巖條件變化、不同生產(chǎn)工況調(diào)整的綜采裝備群協(xié)同控制模型，實(shí)現(xiàn)工作面開采工藝、推進(jìn)工序的智能化；基于壓力、瓦斯、粉塵等因素對(duì)開采工藝、裝備控制及系統(tǒng)行為方式的影響，建立綜采裝備群智能協(xié)同推進(jìn)模型，實(shí)現(xiàn)綜采裝備群支護(hù)強(qiáng)度、截割高度、牽引速度等的協(xié)同動(dòng)作。

圖5 綜采裝備群協(xié)同控制圖

7 展 望

智能化是繼工業(yè)化、自動(dòng)化、信息化之后科技革命領(lǐng)域的一次新突破，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人及人工智能等技術(shù)為驅(qū)動(dòng)力的第四次工業(yè)革命將極大地提高生產(chǎn)力，為適應(yīng)第四次工業(yè)革命與科技創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)，煤炭產(chǎn)業(yè)必須由機(jī)械化、自動(dòng)化向智能化、無(wú)人化轉(zhuǎn)型升級(jí)。雖然我國(guó)已經(jīng)成功在陜蒙等煤層賦存條件好的大型煤炭基地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、少人化開采，但相關(guān)技術(shù)成果尚難以直接應(yīng)用于深部復(fù)雜煤層條件的礦區(qū)，千米深井三軟煤層綜采工作面實(shí)現(xiàn)智能化開采仍需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)與持續(xù)創(chuàng)新突破。

1)進(jìn)行深部圍巖穩(wěn)定性控制機(jī)理、技術(shù)與裝備的創(chuàng)新與實(shí)踐。制約深部煤層實(shí)現(xiàn)智能化開采的核心難題是深部高地應(yīng)力圍巖變形破壞機(jī)理尚不十分清晰，圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)與裝備尚缺乏突破，亟需對(duì)深部圍巖穩(wěn)定性控制機(jī)理進(jìn)行突破，從而為工作面、巷道圍巖控制設(shè)備提供智能控制模型與算法支撐。

2)研發(fā)復(fù)雜條件工作面環(huán)境信息綜合感知技術(shù)與裝備。研發(fā)低功耗、高精度、高可靠、集成化、微型化智能傳感器，增加復(fù)雜煤層條件工作面環(huán)境信息的采集種類與密度，形成綜采工作面全息泛化的高精度智能感知場(chǎng)，為智能開采技術(shù)與裝備的應(yīng)用提供基礎(chǔ)感知信息保障。

3)研發(fā)液壓支架智能自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)，提高對(duì)復(fù)雜圍巖條件的適應(yīng)性?，F(xiàn)有液壓支架對(duì)深部圍巖的控制主要是以被動(dòng)支護(hù)為主，圍巖發(fā)生大變形破壞等異常工況時(shí)，液壓支架不具備高效支護(hù)機(jī)構(gòu)，液壓支架的自調(diào)節(jié)能力有限，亟需研發(fā)液壓支架與圍巖的智能自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)，提高液壓支架對(duì)圍巖的智能自適應(yīng)控制能力。

4)研發(fā)采場(chǎng)地質(zhì)信息、應(yīng)力信息等綜合信息高精度探測(cè)技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜煤層條件的精準(zhǔn)探測(cè)。工作面前方圍巖地質(zhì)信息的精準(zhǔn)探測(cè)是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)智能調(diào)高的基礎(chǔ)，現(xiàn)有鉆探、物探技術(shù)的探測(cè)精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以滿足構(gòu)建透明工作面的要求，且地質(zhì)信息探測(cè)僅僅是采場(chǎng)信息探測(cè)的一個(gè)方面，需要研發(fā)采場(chǎng)地質(zhì)信息探測(cè)、應(yīng)力信息探測(cè)、位移信息探測(cè)等綜合探測(cè)技術(shù)與裝備。

5)研發(fā)復(fù)雜煤層條件刮板輸送機(jī)智能調(diào)斜工藝算法與機(jī)構(gòu)。現(xiàn)有綜采工作面刮板輸送機(jī)調(diào)斜工藝算法僅僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)刮板輸送機(jī)上竄下滑的時(shí)序控制，對(duì)刮板輸送機(jī)飄溜、啃底等尚缺乏控制機(jī)構(gòu)，且刮板輸送機(jī)上竄下滑的時(shí)序控制算法需要綜采工作面設(shè)備群的綜合協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行配合，需要將調(diào)斜控制算法與設(shè)備群綜合協(xié)調(diào)推進(jìn)算法進(jìn)行有效融合，實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備群的智能協(xié)調(diào)推進(jìn)。

6)煤流及兩巷輔助作業(yè)智能化系統(tǒng)。針對(duì)深部三軟煤層巷道變形量大、輔助作業(yè)工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，研究底鼓等復(fù)雜路面條件螺旋推進(jìn)和調(diào)控技術(shù)，開發(fā)全方位移動(dòng)模塊化作業(yè)平臺(tái)；集成研發(fā)“擴(kuò)巷—挖裝—輸送—錨護(hù)”一體的巷修系統(tǒng)基本功能模塊；研究開發(fā)幫錨桿回收、管路安撤等特殊功能機(jī)械作業(yè)手；研究機(jī)械手臂調(diào)節(jié)定位技術(shù)，解決通用機(jī)具搭載集成問(wèn)題；研究電液比例技術(shù)，開發(fā)狀態(tài)監(jiān)控與全向視頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多功能平臺(tái)的遠(yuǎn)程控制。